金屬氧化物氣敏材料高通量篩選與選擇性優(yōu)化研究.pdf

1、氣味是物質(zhì)最重要的特征之一，人類生產(chǎn)生活中對氣味檢測的需求促進(jìn)了氣敏傳感器的迅速發(fā)展。氣敏傳感器被廣泛應(yīng)用于空氣質(zhì)量檢測、食品品質(zhì)監(jiān)控、國防安全、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。金屬氧化物材料因其高靈敏度、低成本、易微型化等優(yōu)勢成為氣敏領(lǐng)域最常用的敏感材料，但其最主要的缺陷是選擇性差。通過組合成金屬氧化物陣列可以提高選擇性，但同時也存在陣列優(yōu)化問題，即如何針對特定應(yīng)用選擇最優(yōu)材料組合和最優(yōu)工作條件（熱、光等外場）。
　　通過材料合成方法改變金屬氧

2、化物材料氣敏性能的方法有很多，其中表面改性不僅可以改變金屬氧化物表面耗盡層分布，還可以調(diào)控金屬氧化物表面化學(xué)活性，同時，可供表面改性的元素眾多。所以，表面改性是一種簡單、有效、靈活可控的金屬氧化物氣敏材料改性方法。另外，金屬氧化物材料在不同外場（熱、光）的激發(fā)下也會展現(xiàn)不同的氣敏性能，例如存在最佳工作溫度、溫度調(diào)制方法可提高選擇性、室溫下光激發(fā)可提高敏感性等。因而本文通過30余種元素表面改性，調(diào)控了3種金屬氧化物基體材料的氣敏性能，并在

3、不同外場條件下針對有毒有害氣體檢測、糧食霉變檢測、皮革異味檢測的應(yīng)用，基于高通量篩選方法測試各金屬氧化物材料的氣敏性能，并進(jìn)行了選擇性分析和陣列優(yōu)化。金屬氧化物氣敏性能由表面化學(xué)反應(yīng)活性決定，因而本文也試圖建立一個有效獲取金屬氧化物表面化學(xué)吸附氧的吸附激活能和脫附激活能的方法，并基于這些化學(xué)層面的性能參數(shù)分析各金屬氧化物氣敏材料的選擇性差異。
　　首先，利用組合材料學(xué)思想對SnO2、WO3和ZnO體系材料進(jìn)行了34種元素表面修飾，

4、通過自制高通量測試平臺獲取了他們在不同溫度下對9種有毒有害氣體的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)性能，利用聚類分析方法說明了基體和改性元素對材料氣敏性能的影響，最后篩選出了對有毒有害氣體檢測性能優(yōu)異的材料陣列。
　　其次，利用組合材料學(xué)思想對SnO2、WO3和ZnO體系材料進(jìn)行了32種元素表面修飾，在自制頂空氣味分析儀上獲取了他們在光熱調(diào)制下對糧食和皮革樣品氣味的響應(yīng)-特征圖譜，運(yùn)用 PCA方法分析了基體和改性元素對材料響應(yīng)特征的不同作用，并針對每類被測